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《重庆大学》 2011年
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面向大规模定制的柔性细胞生产系统及其重构研究

廖世龙  
【摘要】:大规模定制的目标是以大规模生产的成本和速度为顾客制造个性化的定制产品。合理的生产组织模式能有效的降低大规模定制产品的成本,提高响应市场的速度,然而现有的生产组织模式无法满足大规模定制生产所要求的可重构、投资少、柔性高、提前期短、生产效率高、物流成本低等特性,因此,迫切需要一种能适应大规模定制需求的生产组织方式使大规模定制生产从理论走向实践。所以,针对大规模定制下生产组织特点,本文提出了基于作业细胞的面向大规模定制的柔性细胞生产系统及其重构这一命题。 本文详细分析了当前典型生产模式的特点以及不足之处,研究了大规模定制环境下生产组织特点及生产管理需求,在此基础上提出了基于作业细胞的面向大规模定制的柔性细胞生产系统,建立了柔性细胞生产系统集成框架,研究了细胞生产系统重构与布局规划系统,分析了该系统中的三个关键技术,并在后续章节中深入研究了细胞生产系统中两种作业细胞的性能、面向大规模定制的细胞生产系统重构及考虑轮廓距离的U型作业细胞的布局与通道设计等问题,具体研究内容如下: ①为解决细胞生产中“一步接一步”型作业细胞员工数量确定及产能计算问题,对“一步接一步”型双资源约束制造系统进行了研究。提出了指派员工数量的计算方法和作业细胞产能计算方法。建立了面向对象Petri网逻辑模型并形式化定义了操作规则,通过仿真方法确认作业细胞稳态后系统的空间及物理层面特征,采用数值分析方法分析了同质员工与异质员工两种情况下生产系统的特性,确定了员工在作业细胞中的等待时间计算方法及产能计算方法。最后通过案例和仿真验证了计算方法的有效性,为企业应用该生产模式提供了重要指导。 ②以细胞生产方式中追逐式柔性作业细胞为研究对象,针对作业细胞中多位行走员工加工速率不等从而严重影响产能问题,提出了设立超越站来运行超越机制的解决方法并验证了方法的有效性。首先定义了超越机制下多种运行规则并建立了含超越机制的面向对象Petri网的运行逻辑模型,其次通过数学分析计算了建立超越机制后生产周期节省值,最后建立了仿真平台,采用实测数据对无超越机制与有超越机制情况下系统在产能、设备利用率、工时利用率的变化规律进行了对比研究,发现了一系列超越机制下系统运行规律。结果为企业采用该型作业细胞提高产能提供了重要理论指导。 ③针对大规模定制批量化与定制化的生产组织要求,分析了细胞生产系统在大规模定制生产的适用性,综合考虑了的动态环境下系统设备重置、多能工重新指派、多周期生产计划、交货策略、招聘解雇成本等多种因素,建立了以重构成本最小为目标函数的动态细胞生产系统重构规划模型,并验证了模型的有效性。 ④针对考虑上下料点且具有固定形状的柔性细胞生产系统中的U型作业细胞布局问题,以最小化作业细胞间的运输总距离为目标函数,建立了规划模型,确定了作业细胞的上下料点的坐标,作业细胞在车间内垂直和水平的布局方向,并提出对布局图添加辅助点的方法,以此为基础将布局结构映射为无向图结构,以确定作业细胞间路径的走向和距离。采用每对作业细胞间轮廓距离最短为目标函数,确定了车间布局中的通道结构。 最后,本文对大规模定制下的生产组织模式研究做出展望,指出细胞生产系统和单元制造系统融合的必然性,以及细胞生产方式的发展方向。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:F273;F224

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